Структура и функционирование планктонных сообществ Рыбинского водохранилища в условиях климатических изменений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

По данным комплексных экологических исследований, которые регулярно проводят на шести стандартных станциях Рыбинского водохранилища с середины ХХ в., проанализирована направленность изменений элементов экосистемы водохранилища, связанных с глобальными климатическими событиями. За период потепления климата, начавшийся в 1977 г. и продолжающийся в XXI в., температура воздуха в теплый сезон увеличилась на 0.9°С, температура воды ‒ на 1.4°С, среднегодовой приток — на 7.5%, продолжительность безледного периода — на две недели. Отмечено увеличение электропроводности и цветности воды, снижение прозрачности. При значительных межгодовых вариациях биологических характеристик в XXI в. численность бактериопланктона выросла в 1.7 раза, бактериальной продукции — вдвое. Содержание хлорофилла увеличилось в 1.4 раза, чаще стали отмечаться величины >15 мкг/л, отражающие эвтрофное состояние водохранилища. В биомассе фитопланктона выросла доля мелкоклеточных форм. Общая численность фитопланктона увеличилась за счет развития цианобактерий, формирующих продолжительный летний максимум в сезонной динамике сообщества. Рост минерализации воды способствовал прогрессивному распространению чужеродных солоновато-водных видов водорослей. Биомасса зоопланктона выросла в 2.5 раза. Рост численности ракообразных (кладоцер — в 1.6 раза, копепод — в 1.9 раза) вызвал изменение структуры зоопланктона и формирование мощного позднелетнего пика биомассы. Интенсификация гидробиологических процессов отчетливо проявилась после аномально жаркого 2010 г., условия которого не только стимулировали развитие планктонных сообществ, но и способствовали формированию дефицита кислорода в придонных слоях. Потепление существенно трансформировало экосистему Рыбинского водохранилища, интенсифицировало процессы эвтрофирования и ухудшило качество воды. Изменение гидрометеорологических характеристик вышло за пределы мягкого сценария потепления климата.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. М. Минеева

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

В. И. Лазарева

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

С. А. Поддубный

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

А. В. Законнова

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

А. И. Копылов

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

Д. Б. Косолапов

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

Л. Г. Корнева

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

Е. А. Соколова

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

И. Л. Пырина

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

И. В. Митропольская

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: mineeva@ibiw.ru
Россия, Ярославская обл, Некоузский р-н, пос. Борок

Список литературы

  1. Балушкина Е.В., Винберг Г.Г. 1979. Зависимость между длиной и массой тела планктонных ракообразных // Экспериментальные и полевые исследования биологических основ продуктивности озер. Л.: Зоол. ин-т АН СССР. С. 58.
  2. Бикбулатов Э.С., Бикбулатова Е.М., Литвинов А.С., Поддубный С.А. 2003. Гидрология и гидрохимия озера Неро. Рыбинск: Изд-во ОАО Рыбинский Дом печати.
  3. Владимирова Т.М. 1974. Продукция зоопланктона Рыбинского водохранилища // Биология и продуктивность пресноводных беспозвоночных. Л.: Наука. С. 37.
  4. Гладышев М.И., Семенченко В.П., Дубовская О.П. и др. 2011. Влияние температуры воды на содержание незаменимых полиненасыщенных жирных кислот в пресноводном зоопланктоне // Докл. Академии наук РАН. Т. 437. № 1. С. 117.
  5. Гопченко Е.Д., Лобода Н.С. 2000. Оценка возможных изменений водных ресурсов Украины в условиях глобального потепления // Гидробиол. журн. Т. 36. № 3. С. 67.
  6. Дроздов В.В., Смирнов Н.П. 2011. Влияние крупномасштабных циркуляционных процессов на температурный режим Беломорского региона // Проблемы Арктики и Антарктики. № 3(89). С. 78.
  7. Евстигнеев В.М., Кислов А.В., Сидорова М.В. 2010. Влияние климатических изменений на годовой сток рек Восточно-Европейской равнины в XXI в. // Вестн. Москов. ун-та. Сер. 5. География. № 2. С. 3.
  8. Законнова А.В. 2021. Климатические изменения термического режима Рыбинского водохранилища // Тр. Ин-та биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 94(97). С. 7. https://doi.org/10.47021/0320-3557-2021-94-7-16
  9. Законнова А.В., Литвинов А.С. 2005. Изменение ионного стока реки Волги за многолетний период // Актуальные проблемы экологии Ярославской области. Ярославль: Верхневолжское отделение РЭА. Вып. 3. Т. 1. С. 187.
  10. Иванова М.Б. 1985. Продукция планктонных ракообразных в пресных водах. Л.: Зоол. ин-т АН СССР.
  11. Китаев С.П. 2007. Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. Петрозаводск: Карельск. науч. центр РАН.
  12. Коломыц Э.Г. 2003. Региональная модель глобальных изменений природной среды. М.: Наука.
  13. Копылов А.И., Косолапов Д.Б. 2008. Бактериопланктон водохранилищ Верхней и Средней Волги. М.: Изд-во Современного гуманитарного ун-та.
  14. Копылов А.И., Косолапов Д.Б., Масленникова Т.С., Мыльникова З.М. 2018. Продукция гетеротрофного бактериопланктона в крупном мезоэвтрофном водохранилище: значение прижизненных выделений фитопланктона // Сиб. экол. журн. № 1. С. 67. https://doi.org/10.15372/SEJ20180106.
  15. Копылов А.И., Масленникова Т.С., Косолапов Д.Б. 2019. Сезонные и межгодовые колебания первичной продукции фитопланктона в Рыбинском водохранилище: влияние погодных и климатических изменений // Водн. ресурсы. Т. 46. № 3. С. 270. https://doi.org/ 10.31857/S0321-0596463270-277.
  16. Косолапов Д.Б., Косолапова Н.Г., Румянцева Е.В. 2014. Активность и эффективность роста гетеротрофных бактерий Рыбинского водохранилища // Изв. РАН. Сер. Биол. № 4. C. 355. https://doi.org/10.7868/S0002332914040067.
  17. Корнева Л.Г. 1993. Фитопланктон Рыбинского водохранилища: состав, особенности распределения, последствия эвтрофирования // Современное состояние экосистемы Рыбинского водохранилища. СПб.: Гидрометеоиздат. С. 50.
  18. Корнева Л.Г. 2015. Фитопланктон водохранилищ бассейна Волги. Кострома: Дом печати.
  19. Кузнецов С.И., Дубинина Г.А. 1989. Методы изучения водных микроорганизмов. М.: Наука.
  20. Лазарева В.И. 2010. Структура и динамика зоопланктона Рыбинского водохранилища. М.: Тов-во науч. изд. КМК.
  21. Лазарева В.И. 2014. Потепление климата и его влияние на зоопланктон водохранилищ Волги. Экологический мониторинг. Ч. VIII. Современные проблемы мониторинга пресноводных экосистем: Уч. пособие. Нижний Новгород: Нижегород. ун-т. С. 182.
  22. Лазарева В.И. 2022. Трофические взаимодействия в зоопланктоне Цимлянского водохранилища (р. Дон, Россия) // Биология внутр. вод. № 3. С. 264. https://doi.org/10.31857/S0320965222030135.
  23. Лазарева В.И., Соколова Е.А. 2013. Динамика и фенология зоопланктона крупного равнинного водохранилища: отклик на изменение климата // Успехи соврем. биол. Т. 133. № 6. С. 564.
  24. Лазарева В.И., Соколова Е.А. 2015. Метазоопланктон равнинного водохранилища в период потепления климата: биомасса и продукция // Биология внутр. вод. № 3. С. 30. https://doi.org/10.7868/S0320965215030092
  25. Лазарева В.И., Лебедева И.М., Овчинникова Н.К. 2001. Изменения в сообществе зоопланктона Рыбинского водохранилища за 40 лет // Биология внутр. вод. № 4. С. 62.
  26. Литвинов А.С. 2000. Энерго- и массообмен в водохранилищах Волжского каскада. Ярославль: Изд-во Ярослав. гос. техн. ун-та.
  27. Литвинов А.С., Пырина И.Л., Рощупко В.Ф., Соколова Е.Н. 2005. Роль гидрометеорологических условий в многолетней динамике продуктивности фитопланктона во внутренних водоемах // Природно-ресурсные, экологические и социально-экономические проблемы окружающей среды в крупных речных бассейнах. М.: Медиа-Пресс. С. 70.
  28. Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов. 1975. М.: Наука.
  29. Минеева Н.М. 2004. Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ. М.: Наука.
  30. Минеева Н.М. 2009. Первичная продукция планктона в водохранилищах Волги. Ярославль: Принтхаус.
  31. Минеева Н.М. 2016. Сезонная и межгодовая динамика хлорофилла в планктоне Рыбинского водохранилища по данным флуоресцентной диагностики // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 76(78). С. 75.
  32. Минеева Н.М., Степанова И.В., Семадени И.В. 2021. Биогенные элементы и их роль в развитии фитопланктона водохранилищ Верхней Волги // Биология внутр. вод. № 1. С. 24. https://doi.org/10.31857/S0320965221010095.
  33. Мордухай-Болтовская Э.Д. 1956. Материалы по распределению и сезонной динамике зоопланктона Рыбинского водохранилища // Тр. биол. станции “Борок”. Вып. 2. С. 108.
  34. Научно-прикладной справочник: Многолетние колебания и изменчивость водных ресурсов и основных характеристик стока рек Российской Федерации. 2021. СПб.: ООО РИАЛ.
  35. Нестеров Е.С. 2013. Северо-атлантическое колебание: атмосфера и океан. М.: Триада.
  36. Поддубный С.А., Цветков А.И., Иванова И.Н. и др. 2020. Термические и динамические процессы в озере Плещеево // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. № 90(93). С. 7. https://doi.org/10.24411/0320-3557-2020-10009
  37. Пырина И.Л., Литвинов А.С., Кучай Л.А. и др. 2006. Многолетние изменения первичной продукции фитопланктона в Рыбинском водохранилище в связи с действием климатических факторов // Состояние и проблемы продукционной гидробиологии. М.: КМК. С. 38.
  38. Пырина И.Л. 2000. Многолетние исследования содержания пигментов фитопланктона Рыбинского водохранилища // Биол. внутр. вод. № 1. С. 36.
  39. Ривьер И.К. 1988. Особенности функционирования зоопланктонных сообществ водоемов разных типов // Структура и функционирование пресноводных экосистем. Л.: Наука. С. 80.
  40. Ривьер И.К. 1986. Состав и экология зимних зоопланктонных сообществ. Л.: Наука.
  41. Ривьер И.К., Лебедева И.М., Овчинникова Н.К. 1982. Многолетняя динамика зоопланктона Рыбинского водохранилища // Экология водных организмов верхневолжских водохранилищ. Л.: Наука. С. 69.
  42. Романенко В.И. 1985. Микробиологические процессы продукции и деструкции органического вещества во внутренних водоемах Л.: Наука.
  43. Романенко В.И., Кузнецов С.И. 1974. Экология микроорганизмов пресных водоемов. Лабораторное руководство. Л.: Наука.
  44. Рыбинское водохранилище и его жизнь 1972. Л.: Наука.
  45. Современное состояние экосистемы Рыбинского водо­хранилища. 1993. СПб.: Гидрометеоиздат.
  46. Степанова И.Э., Бикбулатова Е.М., Бикбулатов Э.С. 2013. Закономерности динамики содержания биогенных элементов в водах Рыбинского водохранилища за годы его существования // Вода: химия и экология. № 1. С. 15. https://doi.org//watchemec.ru/article/25349
  47. Структура и функционированием экосистемы Рыбинского водохранилища в начале XXI века. 2018. М.: РАН.
  48. Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. 2022. СПб.: Наукоемкие технологии.
  49. Эдельштейн К.К. 1998. Водохранилища России: экологические проблемы, пути их решения. М.: ГЕОС.
  50. Экологические проблемы Верхней Волги. 2001. Ярославль: Ярослав. гос. техн. ун-т.
  51. Экология фитопланктона Рыбинского водохранилища. 1999. Тольятти: Самар. науч. центр РАН.
  52. Adrian R., O’Reilly C.M., Zagarese H. et al. 2009. Lakes as sentinels of climate change // Limnol., Oceanogr. V. 54. № 6. Pt 2. P. 2283.
  53. Adrian R., Wilhelm S., Gerten D. 2006. Life-history traits of lake plankton species may govern their phenological response to climate warming// Global Change Biol. V. 12. P. 1652.
  54. Bertani I., Primicerio R., Rossett G. 2016. Extreme climatic event triggers a lake regime shift that propagates across multiple trophic levels // Ecosystems. V. 19. № 1. P. 16. https: //doi.org/10.1007/s10021-015-9914-5
  55. Butterwick C., Heaney S.I., Talling J.F. 2005. Diversity in the influence of temperature on the growth rates of freshwater algae, and its ecological relevance // Freshwater Biol. V. 50. № 2. P. 291.
  56. Carter J.L., Schindler D.E., Francis T.B. 2017. Effects of climate change on zooplankton community interactions in an Alaskan lake // Climate Change Responses. Open Access. V. 4. № 3. https://doi.org/10.1186/s40665-017-0031 x
  57. Gerten D., Adrian R. 2000. Climate-driven changes in spring plankton dynamics and the sensitivity of shallow polymictic lakes to the North Atlantic Oscillation // Limnol., Oceanogr. V. 45. № 5. P. 1058.
  58. Harris G.P. 1986. Phytoplankton Ecology. Structure, Functioning and Fluctuation. L.; N.Y.: Chapman and Hall.
  59. Hobbie J.E., Daley R.J., Jasper S. 1977. Use of Nucleopore filters for counting bacteria by fluorescence microscopy // Appl. Environ. Microbiol. V. 33. № 5. P. 1296.
  60. Jeffrey S.W., Humphrey G.F. 1975. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Biochem. Physiol. Pflanz. Bd 167. P. 191.
  61. Jeppesen E., Kronvang B., Olesen J.E. et al. 2011. Climate change effects on nitrogen loading from cultivated catchments in Europe: implications for nitrogen retention, ecological state of lakes and adaptation // Hydrobiologia. V. 663. № 1. P. 1.
  62. Jeppesen E., Sondergaard M., Jensen J.P. et al. 2005. Lake responses to reduced nutrient loading — an analysis of contemporary long-term data from 35 case studies // Freshwater Biol. V. 50. № 9. P. 1747.
  63. Korneva L.G. 2007. Recent invasion of planktonic diatom algae in the Volga River and their causes // Inland Water Biol. № 1. P. 28.
  64. Korneva L.G. 2014. Invasions of Alien Species of Planktonic Microalgae into the Fresh Waters of Holarctic (Review) // Rus. J. Biol. Invasions. V. 5. № 2. Р. 65.
  65. Korneva L.G., Solovyeva V.V., Sakharova E.G. 2015. On the Distribution of Peridiniopsis kevei Grigor. et Vasas (Dinophyta) in the Upper Volga Reservoirs // Inland Water Biol. V. 8. № 4. P. 414. https://doi.org/10.1134/S1995082915040094
  66. Kraemer B.M., Kakouei K., Munteanu C. et al. 2022. Worldwide moderate-resolution mapping of lake surface chl-a reveals variable responses to global change (1997–2020) // PLOS Water. Open Access. V. 1. № 10. e0000051. https://doi.org/10.1371/journal.pwat.0000051
  67. Mineeva N.M. 2022. Chlorophyll and its role in freshwater ecosystem on the example of the Volga River reservoirs // Chlorophylls. Open access peer-reviewed edited volume. L.: IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.98122
  68. Mooij W.M., Hülsmann S., De Senerpont D.L.N. et al. 2005. The impact of climate change on lakes in the Netherlands: a review // Aquat. Ecol. V. 39. P. 381.
  69. Norland S. 1993. The relationship between biomass and volume of bacteria // Handbook of Methods in Aquatic Microbial Ecology. Boca Raton: Lewis Publ. P. 303.
  70. Eutrophication of waters. Monitoring, assessment and control. 1982. Paris: OECD.
  71. Özkan K., Jeppesen E., Davidson T.A. et al. 2016. Long-term trends and temporal synchrony in plankton richness, diversity and biomass driven by re-oligotrophication and climate across 17 Danish Lakes // Water. V. 8. № 10. P. 427. https: //doi.org/10.3390/w8100427
  72. Paerl H.W., Huisman J. 2009. Climate change: a catalyst for global expansion of harmful cyanobacterial blooms // Environ. Microbiol. Reports. V. 1. № 1. P. 27.
  73. Porter K.G., Feig Y.S. 1980. The use DAPI for identifying and counting of aquatic microflora // Limnol., Oceanogr. V. 25. № 5. P. 943. https://doi.org/10.4319/LO.1980.25.5.0943
  74. Ruttner-Kolisko A. 1977. Suggestion for biomass calculation of planktonic rotifers // Arch. Hydrobiol. Ergebn. Limnol. Bd 8. P. 71.
  75. SCOR-UNESCO Working Group 17. 1966. Determination of photosynthetic pigments in sea water // Monographs on Oceanographic Methodology. Montreux: UNESCO. P. 9.
  76. Vadadi-Fülöp C., Sipkay C., Meszaros G., Hufnagel L. 2012. Climate change and freshwater zooplankton: what does it boil down to? // Aquat. Ecol. V. 46. P. 501. https://doi.org/10.1007/s10452-012-9418-8
  77. Wagner C., Adrian R. 2009. Exploring lake ecosystems: hierarchy responses to long-term change? // Global Change Biol. V. 15. P. 1104.
  78. Wilhelm S., Adrian R. 2008. Impact of summer warming on the thermal characteristics of a polymictic lake and consequences for oxygen, nutrients and phytoplankton // Freshwater Biol. V. 53. № 2. P. 226. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2007.01887.x
  79. Williamson C.E., Brentrup J.A., Zhang J. et al. 2014. Lakes as sensors in the landscape: Optical metrics as scalable sentinel responses to climate change // Limnol., Oceanogr. V. 59. № 3. P. 840. https://doi.org/10.4319/lo.2014.59.3.0840
  80. Winder M., Hunter D.A. 2008. Temporal organization of phytoplankton communities linked to physical forcing // Oecologia. V. 156. P. 179. https: //doi.org/10.1007/s00442-008-0964-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта-схема Рыбинского водохранилища. 1 – станции многолетних наблюдений, 2 – границы плесов.

Скачать (512KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Многолетняя динамика гидрометеорологических характеристик Рыбинского водохранилища: а — годовой индекс NAO; б — средняя за вегетационный сезон температура воздуха (1) и воды (2); в — объем поверхностного притока (3) и осадков на зеркало водохранилища (4); г — уровень воды в водохранилище.

Скачать (416KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Многолетняя динамика средних за вегетационный сезон микробиологических показателей в Рыбинском водохранилище: а — численность бактериопланктона (NBac); б — продукция бактериопланктона (PBac); в — интенсивность фотосинтеза фитопланктона (PPh); г — соотношение бактериальной продукции и первичной (в сумме с внеклеточной продукцией водорослей) продукции в толще воды под 1 м2 (∑PBac/∑PPh). Пунктирные линии — линии тренда.

Скачать (256KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Многолетняя динамика средних за вегетационный сезон показателей развития фитопланктона Рыбинского водохранилища: а — содержание Хл а (пунктир — линия тренда), б — биомасса фитопланктона (ВPh), в — численность фитопланктона (NPh), г — отклонение биомассы от среднего показателя.

Скачать (224KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Многолетняя (а) и сезонная (б) динамика биомассы зоопланктона Рыбинского водохранилища. 1 – средняя за вегетационный период (май–октябрь), 2 – средняя летняя (июль–август), 3 – в многоводную фазу гидрологического цикла до потепления (1951–1962 гг.), 4 – в многоводную фазу гидрологического цикла в период потепления (2004–2013 гг.), 5 – в 2010 г.

Скачать (153KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024